污泥煤粉混合制浆及浆体燃烧特性的试验研究

论文摘要

污泥是污水处理过程中的必然产物,其含有大量的有害物质,如不对其进行妥善处理必然引起严重的二次污染。目前的处理方式中,焚烧最为有效和洁净。污泥煤粉混烧克服了污泥低热值,高含水无法满足自身水分蒸发的难题。但由于污泥的粘度很高,所制混浆难以达到泵送和雾化要求。本文通过对污泥微观结构的观察,分析了污泥粘度高的原因;研究了物理化学方法的降粘机理;提出了一种制备污泥浆体燃料的方法。研究结果如下:污泥结构分析表明:污泥的基本结构为丝状微生物相互缠绕、搭接所形成的网状结构,自身排泄物EPS(胞外聚合物)与水形成凝胶体,填充在网状结构中。导致污泥粘度很高。物理作用方式会破坏污泥网状结构,降低污泥粘度。挤压方式的降粘效果最为明显,最终粘度值可降低到2.64Pa·S,降粘率达到83.66%。化学方法可以破坏微生物细胞壁,放出细胞水,降低污泥粘度。其中添加5%NaOH,污泥粘度值可降低到0.73Pa·S,降粘率达到96.23%。污泥中掺加煤粉制浆,当煤粉添加量超过40%时,浆体粘度明显上升,说明煤粉添加量控制在40%以内比较合理。污泥中加入10%的煤粉制成的浆体,其热值足以满足水份蒸发的需要,且燃烧过程能够稳定进行。添加40%煤粉,混浆热值能够达到1.38×10~4kJ/kg,相当于劣质煤的发热量。混浆中添加碱,对污泥的燃烧过程影响很小,着火温度略有升高,燃烬温度变化也不大,说明在混浆中加碱降粘燃烧是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 污泥水分和EPS
• 1.1.1 污泥水分存在形式
• 1.1.2 污泥EPS 概述
• 1.2 污泥破解技术概述
• 1.2.1 污泥的机械破解
• 1.2.2 污泥的化学破解
• 1.3 污泥焚烧现状
• 1.4 污泥和煤混合处理现状
• 1.4.1 污泥和煤混合制浆
• 1.4.2 污泥和煤混合燃烧的过程
• 1.4.3 污泥和煤在流化床上的混合燃烧
• 1.5 课题研究目的
• 1.6 课题研究内容
• 1.7 课题研究方案
• 2 实验仪器、试剂及方法
• 2.1 试验原料
• 2.2 试验仪器
• 2.2.1 降粘设备
• 2.2.2 扫描电子显微镜
• 2.2.3 光学显微镜
• 2.2.4 TGA/DSC 热分析仪
• 2.2.5 旋转粘度计
• 2.3 试验试剂
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 污泥结构和水分存在形式的确定方法
• 2.4.2 污泥物理和化学降粘试验方法
• 2.4.3 污泥煤粉混浆的制备方法
• 2.4.4 燃烧特性的测定方法
• 3. 污泥微观结构及水分存在形式分析
• 3.1 污泥的显微分析
• 3.1.1 污泥的光学显微观察
• 3.1.2 重力浓缩污泥的扫描电子显微镜观察
• 3.2 讨论
• 3.2.1 剩余污泥中有机物质存在形式
• 3.2.2 剩余污泥脱水前后结构
• 3.2.3 剩余污泥的水分存在形式
• 3.3 脱水污泥粘度分析
• 3.4 本章小结
• 4 污泥的物理化学降粘
• 4.1 污泥的降粘机理
• 4.2 不同降粘设备的作用机理及优缺点
• 4.2.1 高速剪切机
• 4.2.2 盘磨
• 4.2.3 球磨
• 4.2.4 破碎机
• 4.3 不同作用力下污泥性质的变化
• 4.3.1 高速剪切力对污泥性质的影响
• 4.3.2 一定荷载时低速剪切作用对污泥性质的影响
• 4.3.3 冲击、磨削作用力对污泥的性质的影响
• 4.3.4 挤压、冲击作用力对污泥的性质的影响
• 4.4 研磨前后污泥的微观结构分析
• 4.5 酸碱对污泥粘度的影响
• 4.5.1 酸对污泥粘度的影响
• 4.5.2 碱对污泥粘度的影响
• 4.5.3 酸碱处理后污泥PH 值和粘度的变化关系
• 4.6 酸碱处理后污泥的微观结构结构
• 4.7 本章小结
• 5 碱解污泥的燃烧特性
• 5.1 样品制备
• 5.2 碱解污泥的工业分析
• 5.2.1 NaOH 碱解污泥的工业分析
• 5.2.2 CaO 碱解污泥的工业分析
• 5.3 碱解后污泥的TG/DTG 分析
• 5.3.1 NaOH 碱解后污泥的TG/DTG 分析
• 5.3.2 CaO 碱解后污泥的TG/DTG 分析
• 5.4 碱解污泥的燃烧特性分析
• 5.4.1 NaOH 碱解后污泥的热值分析
• 5.4.2 CaO 碱解后污泥的热值分析
• 5.4.3 着火特性
• 5.4.4 燃尽温度
• 5.4.5 综合燃烧特性
• 5.5 碱解污泥的动力学分析
• 5.6 本章小结
• 6 污泥浆体燃料的制备
• 6.1 污泥煤粉混磨制浆的试验研究
• 6.1.1 不添加外加剂情况下配制所得混浆的粘度特性
• 6.1.2 添加碱性试剂情况下配制所得混浆的粘度特性
• 6.2 添加煤粉后污泥结构变化
• 6.3 本章小结
• 7 污泥浆体燃料的燃烧特性分析
• 7.1 样品制备
• 7.2 添加不同煤粉比例污泥煤粉混浆的工业分析
• 7.2.1 污泥煤粉混浆的工业分析
• 7.2.2 固定煤粉比例下添加不同NaOH 污泥煤粉混浆的工业分析
• 7.3 污泥煤粉混浆的TG/DTG 分析
• 7.4 加碱污泥煤粉混浆的TG/DTG 分析
• 7.5 污泥煤粉混浆的燃烧特性分析
• 7.5.1 不同煤粉添加比例污泥煤粉混浆的热值计算
• 7.5.2 添加不同比例NaOH 时污泥煤粉混浆的热值计算
• 7.5.3 着火特性
• 7.5.4 燃尽温度
• 7.5.5 综合燃烧特性
• 7.6 污泥煤浆动力学计算
• 7.7 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士研究生学习阶段发表论文